CN102514207A - 一种复合材料汽车零部件的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种复合材料汽车零部件的生产方法,包括对模具进行预处理,在模具上涂设胶衣,配置成型树脂以及对原料纤维布进行烘烤;在模具内铺设纤维布层,在纤维布层上依次铺设脱模布和导流网,在模具周围布设缠绕管,利用真空灌注的方式导入成型树脂,固化成型;对成型制品进行表面处理或其他操作。本发明制备出的复合材料制品表面亮度高、平整,制得的产品比传统的金属质零件的重量降底30~60%,从而减轻车身质量,起到节能减排的效果。另外,利用真空灌注的方式导入成型树脂与纤维复合的方法,可以降低操作环境中有机挥发性气体的浓度,减少对操作人员的伤害。

Description

一种复合材料汽车零部件的生产方法技术领域[0001] 本发明属于汽车零部件制造工艺领域,具体涉及一种复合材料汽车零部件的生产方法。背景技术[0002] 随着工业的不断发展以及能源消耗不断增大,节约能源和降低对环境的污染已成为汽车工业发展和社会可持续发展急需解决的关键问题。汽车的燃料消耗和二氧化碳废气的排放量主要取决于汽车车身的重量,现有的汽车车身件和零部件大多采用金属材料制成,金属材料制得的汽车车身件强度大、性能好,但金属的密度大,装配成的汽车笨重,因此汽车的燃料消耗大,浪费能源,并且二氧化碳废气的排放量也曾大,对环境的污染加重。纤维增强复合材料具有高强度、高模量及低密度等特点,适用于制造汽车车身件及其他结构件。发明内容[0003] 本发明的目的是提供一种复合材料汽车零部件的生产方法,制得的汽车零部件质量轻、强度高、表面平整。[0004] 为实现上述目的,本发明采用的技术方案包括以下具体步骤:[0005] 一种复合材料汽车零部件的生产方法,其特征在于:包括以下步骤:[0006] a:对模具进行预处理,在模具上涂设胶衣,配置成型树脂以及对原料纤维布进行烘烤;[0007] b:在模具内铺设纤维布层,在纤维布层上依次铺设脱模布和导流网,在模具周围布设缠绕管,将模具整体装入真空袋内,并在真空袋的两端分别设置抽真空管和成型树脂的导入管,将真空袋挤压成型;[0008] c :将真空袋抽真空后导入成型树脂,固化成型;[0009] d :从模具中取出成型制品,进行表面处理。[0010] 本发明制备汽车零部件的原理简单,不需要设备的投入,且所用模具以及原料的成本较低,制备出的复合材料制品表面亮度高、平整,制得的产品比传统的金属质零件的重量降底30〜60%,从而减轻车身质量,起到节能减排的效果。另外,利用真空灌注的方式导入成型树脂与纤维复合的方法与传统的手糊工艺相比,可以降低操作环境中有机挥发性气体的浓度,减少对操作人员的伤害。[0011] 进一步具体的方案为:[0012] 步骤e中的导流网上设有导流管,导流管上接有三通管,三通管的一管口与抽真空管相连通,另一管口与成型树脂的导入管相连通。导流网的布置能加快成型树脂的流动, 有利于成型树脂与纤维布的浸润,导流管和三通管可以使得真空袋抽真空和成型树脂的导入更加方便、瞬速和完全。另外所选用的真空袋需要有一定的延展性及耐高温性能,以防止在操作时真空袋破裂。[0013] 步骤d中所述的纤维布为碳纤维布、玻璃纤维布、芳纶纤维布、天然纤维布、聚乳酸纤维布中的一种或几种组成。所述的纤维布层的层数为2〜10层,铺设纤维布层的纤维布厚度为0. 1〜0. 5mm。具体操作时,纤维布的编织方式可以是单向编织、双向编织或者无纺毡,纤维布的铺设主要是以降低纤维材料各向异性的影响,保证在铺层时纤维方向均勻交错铺设为主,另外在产品主要受力方向可以适当增加纤维布的层数,纤维布的走向要与主要受力方向一致。所有纤维布(毡)在铺设前需放在50〜80°C环境下烘烤30〜180min, 以除去水分,有利于与成型树脂的充分浸润和复合。各种纤维布的作用也各不相同,碳纤维布及玻璃纤维布主要起增加强度作用,芳纶纤维布主要起增加韧性的作用,其他纤维布主要起填充及降低成本作用。[0014] 步骤a中所述的配置成型树脂的原料包括原料树脂、固化剂和纤维,将三者混合后搅拌均勻,所述的原料树脂为不饱和树脂或环氧树脂,原料树脂与纤维的质量比为 2 : 3〜3 : 2,不饱和树脂与固化剂质量比为100 : 1〜100 : 4 ;环氧树脂与固化剂的质量比为100 : 15〜100 : 35。原料树脂、固化剂和纤维混合后需要进行搅拌,使得固化剂与原料树脂充分混合和除去混合物中的气泡,保证成型制品的质量,通常搅拌5〜30min, 搅拌速度为10〜150r/min。[0015] 步骤c中所述的抽真空的真空度为-0. 05〜-0. IMpa,若选用不饱和树脂作为原料树脂需常温固化2〜IOh ;若选用环氧树脂作为原料树脂需在60〜90°C条件下固化8〜 24L·通过抽真空管将模具内气体排出,再从成型树脂导入管导入成型树脂,在整个成型树脂导入以及成型树脂与纤维布浸润的过程中始终保持抽真空,浸润完毕后将出现树脂的导入管及抽真空管封闭保压等待成型树脂固化。另外环氧树脂的固化分为两步骤完成,即模具内的低温固化和模具外的高温固化,模具内的低温固化(通常温度在60〜90°C)主要是考虑保护模具和防止真空袋被破化,将模具初步成型的半成品取出,再在模具外进行高温固化(通常温度在100〜180°C ),使得半成品固化完全,保证成型制品的强度和质量。[0016] 步骤a中所述的涂设胶衣包括将固化剂和胶衣树脂混合搅拌,搅拌均勻后采用喷涂或刷涂的方式敷设在模具表面。刷涂时直接用毛刷或者辊刷将胶衣均勻的涂在模具表面,胶衣需要在常温下固化12〜72h,固化完全后才能再进行后续的操作,喷涂胶衣可以提高产品表面质量,增加平整度及光泽度。胶衣的用量主要取决于产品尺寸及形状,对于尺寸较小、形状较简单,如汽车装饰件,一般用量为50〜500g,对于尺寸较大、形状较复杂,如汽车车身覆盖件,一般用量为500〜lOOOg。[0017] 步骤a包括用丙酮、乙醇等试剂将擦拭模具擦拭干净,再在模具表面打脱模蜡或脱模剂,打脱模蜡或脱模剂涂2〜4次,每次涂后干燥3〜lOmin,再进行下一次的操作。[0018] 成型制品需要进行表面处理,修剪边部的毛刺,然后再在制品表面喷涂清漆以及其他的操作。本发明的操作需要在温度21〜25°C,相对湿度40〜60%,通风良好的条件下进行,以保证产品质量和操作人员的安全。本发明可以用于制备汽车翼子板、顶盖、车门外板、行李箱盖、引擎盖等覆盖件以及中控面板、中通盖板、装饰条等装饰件。附图说明[0019] 图1是本发明的流程示意图。具体实施方式[0020] 实例1 :汽车翼子板制备方法[0021] 1)模具前处理:先用丙酮将模具擦拭干净,再在模具表面打2遍脱模蜡,每次涂后干燥3min,再进行下一次的操作。[0022] 2)涂胶衣:将固化剂与胶衣树脂混合搅拌,固化剂用量为总混合物质量的4%,胶衣与固化剂的总用量为800g,搅拌8min。用毛刷将胶衣均勻的涂在模具表面,固化12h。[0023] 3)配原料树脂:选用环氧树脂作为原料树脂,将环氧树脂与固化剂按照100 : 15 的比例混合,环氧树脂与纤维的比例为2 : 3,将三者混合后,搅拌20min备用。[0024] 4)铺纤维布:先将纤维布按照待加工翼子板的尺寸裁剪,再在50°C条件下烘烤 120min,共铺设五层,第一、二层用I斜纹的碳纤维布,三、四层用1¾单向编织碳纤维布, 排布方式为纤维方向相互垂直,第五层为玻璃纤维布,碳纤维布选用的厚度为0. 2mm,玻璃纤维布选用的厚度为0. 5mm。[0025] 5)制作真空袋压工艺条件:按照顺序依次铺设脱模布,导流网,导流管,设置三通管,将三通管的一头与成型树脂导入管连接,另一头与抽真空管连接抽真空管的另一端与真空泵连接;模具周围围设一圈布缠绕管,最后用真空膜将模具一周封闭,将真空袋压成型。[0026] 6)导入成型树脂:打开真空泵抽气,真空度保持在-0. 05Mpa,将模具内空气排尽后导入成型树脂,待成型树脂与纤维布充分浸润后停止抽真空,此时将成型树脂导入管及抽真空管封闭,将整个模具体系先在在60°C环境下固化他,再将制品取出在110°C环境下固化他。[0027] 7)表面处理:修剪成型制品边部的毛刺并用水砂轮打磨,再在制品表面喷涂清漆,清漆固化后抛光。[0028] 实例2 :汽车顶盖制备方法[0029] 1)模具前处理:先用丙酮将模具擦拭干净,再在模具表面打4遍脱模蜡,每次涂后干燥lOmin,再进行下一次的操作。[0030] 2)涂胶衣:将固化剂与胶衣树脂混合搅拌,固化剂用量为总混合物质量的3. 5%, 胶衣与固化剂的总用量为lOOOg,搅拌lOmin。采用喷涂的方式将胶衣喷在模具表面,喷涂气源压力为0. 8Mpa,喷涂时喷嘴与模具表面的距离为40cm,固化Mh。[0031] 3)配原料树脂:选用环氧树脂作为原料树脂,将环氧树脂与固化剂按照100 : 25 的比例混合,环氧树脂与纤维的比例为1 : 1,将三者混合后,搅拌25min备用。[0032] 4)铺纤维布:先将纤维布按照待加工顶板的尺寸裁剪,再在60°C条件下烘烤 lOOmin,共铺设10层纤维布,第一层用3K斜纹碳纤维布,二、三层用玻璃纤维布,排布方式为纤维方向相互均勻交错,第四置第十层为天然纤维布,碳纤维布厚度为0. 3mm,玻璃纤维布厚度为0. 2mm,天然纤维布厚度为0. 1mm。[0033] 5)制作真空袋压工艺条件:按照顺序依次铺设脱模布,导流网,导流管,设置三通管,将三通管的一头与成型树脂导入管连接,另一头与抽真空管连接,抽真空管的另一端与真空泵连接;模具周围围设一圈布缠绕管,最后用真空膜将模具一周封闭,将真空袋压成型,。[0034] 6)导入原料树脂:打开真空泵抽气,真空度保持在-0. 08Mpa,将模具内空气排尽后导入成型树脂,待成型树脂与纤维布充分浸润后停止抽真空,此时将成型树脂导入管及抽真空管封闭,将整个模具体系先在在90°C环境下固化16h,再将制品取出在150°C环境下固化乩。[0035] 7)表面处理:修剪边部的毛刺并用水砂轮打磨,再在制品表面喷涂清漆,清漆固化后抛光。[0036] 实例3 :车门外板制备方法[0037] 1)模具前处理:先用丙酮将模具擦拭干净,再在模具表面打3遍脱模蜡,每次涂后干燥6min,再进行下一次的操作。。[0038] 2)涂胶衣:将固化剂与胶衣树脂混合搅拌,固化剂用量为总混合物质量的3%,胶衣与固化剂的总用量为80g,搅拌8min。用毛刷将胶衣均勻的涂在模具表面,固化12h。[0039] 3)配原料树脂:选用环氧树脂作为原料树脂,将环氧树脂与固化剂按照100 : 35 的比例混合,环氧树脂与纤维的比例为3 : 2,将三者混合后,搅拌20min备用。[0040] 4)铺纤维布:先将纤维布按照待加工翼子板的尺寸裁剪,再在50°C条件下烘烤120min,共铺设2层,第一层用斜纹的碳纤维布,第二用1¾单向编织玻璃纤维布, 排布方式为纤维方向相互垂直,碳纤维布选用的厚度为0. 2mm,玻璃纤维布选用的厚度为 0. 5mmο[0041] 5)制作真空袋压工艺条件:按照顺序依次铺设脱模布,导流网,导流管,设置三通管,将三通管的一头与成型树脂导入管连接,另一头与抽真空管连接抽真空管的另一端与真空泵连接;模具周围围设一圈布缠绕管,最后用真空膜将模具一周封闭,将真空袋压成型。[0042] 6)导入成型树脂:打开真空泵抽气,真空度保持在-0. IMpa,将模具内空气排尽后导入成型树脂,待成型树脂与纤维布充分浸润后停止抽真空,此时将成型树脂导入管及抽真空管封闭,将整个模具体系先在在80°C环境下固化Mh,再将制品取出在110°C环境下固化8h。[0043] 7)表面处理:修剪成型制品边部的毛刺并用水砂轮打磨,再在制品表面喷涂清漆,清漆固化后抛光。[0044] 实例4 :汽车装饰条制备方法[0045] 1)模具前处理:先用乙醇将模具擦拭干净,再在模具表面打3遍脱模剂,每次涂后干燥6min,再进行下一次的操作。[0046] 2)涂胶衣:将固化剂与胶衣树脂混合搅拌,固化剂用量为总混合物质量的3%,胶衣与固化剂的总用量为80g,搅拌-in。采用喷涂的方式将胶衣喷在模具表面,喷涂气源压力为0. 6Mpa,喷涂时喷嘴与模具表面的距离为20cm,固化Mh。[0047] 3)配原料树脂:选用不饱和树脂作为原料树脂,将不饱和树脂与固化剂按照 100 : 4的比例混合,不饱和树脂与纤维的比例为3 : 2,将三者混合后,搅拌IOmin备用。[0048] 4)铺纤维布:先将纤维布按照待加工中通盖板尺寸裁剪,再在60°C条件下烘烤 60min,共铺设三层纤维布,第一、二层用:¾平纹芳纶纤维布,第三层用玻璃纤维布,排布方式为纤维方向相互均勻交错,芳纶纤维布厚度为0. 4mm,玻璃纤维布厚度为0. 1mm。[0049] 5)制作真空袋压工艺条件:按照顺序铺设脱模布,导流网,导流管,设置三通管, 将三通管的一头与成型树脂导入管连接,另一头与抽真空管连接,抽真空管的另一端与真空泵连接,模具周围围设一圈布缠绕管,最后用真空膜将模具一周封闭,将真空袋压成型,。[0050] 6)导入原料树脂:打开真空泵抽气,真空度保持在-0. 07Mpa,将模具内空气排尽后导入成型树脂,待成型树脂与纤维布充分浸润后停止抽真空,此时将成型树脂导入管及抽真空管封闭,常温固化池。[0051] 7)表面处理:修剪边部的毛刺并用水砂轮打磨,再在制品表面喷涂清漆,清漆固化后抛光。[0052] 实例5 :汽车中控面板制备方法[0053] 1)模具前处理:先用乙醇将模具擦拭干净,再在模具表面打3遍脱模剂,每次涂后干燥3min,再进行下一次的操作。[0054] 2)涂胶衣:将固化剂与胶衣树脂混合搅拌,固化剂用量为总混合物质量的2%,胶衣与固化剂的总用量为100g,搅拌-in。采用喷涂的方式将胶衣喷在模具表面,喷涂气源压力为0. 6Mpa,喷涂时喷嘴与模具表面的距离为15cm,固化30h。[0055] 3)配原料树脂:选用不饱和树脂作为原料树脂,将原料树脂与固化剂按照100 : 1 的比例混合,不饱和树脂与纤维的比例为3 : 2,将三者混合后,搅拌15min备用。[0056] 4)铺纤维布:先将纤维布按照待加工中通盖板尺寸裁剪,再在60°C条件下烘烤 60min,共铺设五层纤维布,第一、二层用3K平纹碳纤维布,第三层用聚乳酸纤维布,第四、 五层用玻璃纤维布,排布方式为纤维方向相互均勻交错,碳纤维布厚度为0. 2mm,聚乳酸纤维布的厚度为0. 4,玻璃纤维布厚度为0. 1mm。[0057] 5)制作真空袋压工艺条件:按照顺序铺设脱模布,导流网,导流管,设置三通管, 将三通管的一头与成型树脂导入管连接,另一头与抽真空管连接,抽真空管的另一端与真空泵连接,模具周围围设一圈布缠绕管,最后用真空膜将模具一周封闭,将真空袋压成型,。[0058] 6)导入原料树脂:打开真空泵抽气,真空度保持在-0. IMpa,将模具内空气排尽后导入成型树脂,待成型树脂与纤维布充分浸润后停止抽真空,此时将成型树脂导入管及抽真空管封闭,常温固化10h。[0059] 7)表面处理:修剪边部的毛刺并用水砂轮打磨,再在制品表面喷涂清漆,清漆固化后抛光。[0060] 实例6 :汽车中通盖板制备方法[0061] 1)模具前处理:先用乙醇将模具擦拭干净,再在模具表面打3遍脱模剂,每次涂后干燥8min,再进行下一次的操作。[0062] 2)涂胶衣:将固化剂与胶衣树脂混合搅拌,固化剂用量为总混合物质量的2%,胶衣与固化剂的总用量为200g,搅拌-in。采用喷涂的方式将胶衣喷在模具表面,喷涂气源压力为0. 6Mpa,喷涂时喷嘴与模具表面的距离为15cm,固化30h。[0063] 3)配原料树脂:选用不饱和树脂作为原料树脂,将原料树脂与固化剂按照100 : 3 的比例混合,不饱和树脂与纤维的比例为3 : 2,将三者混合后,搅拌15min备用。[0064] 4)铺纤维布:先将纤维布按照待加工中通盖板尺寸裁剪,再在60°C条件下烘烤 60min,共铺设三层纤维布,第一、二层用3K平纹碳纤维布,第三层用玻璃纤维布,排布方式为纤维方向相互均勻交错,碳纤维布厚度为0. 3mm,玻璃纤维布厚度为0. 2mm。[0065] 5)制作真空袋压工艺条件:按照顺序铺设脱模布,导流网,导流管,设置三通管, 将三通管的一头与成型树脂导入管连接,另一头与抽真空管连接,抽真空管的另一端与真空泵连接,模具周围围设一圈布缠绕管,最后用真空膜将模具一周封闭,将真空袋压成型,。[0066] 6)导入原料树脂:打开真空泵抽气,真空度保持在-0. IMpa,将模具内空气排尽后导入成型树脂,待成型树脂与纤维布充分浸润后停止抽真空,此时将成型树脂导入管及抽真空管封闭,常温固化他。[0067] 7)表面处理:修剪边部的毛刺并用水砂轮打磨,再在制品表面喷涂清漆,清漆固化后抛光。

Claims (8)

1. 一种复合材料汽车零部件的生产方法,其特征在于:包括以下步骤:a :对模具进行预处理,在模具上涂设胶衣,配置成型树脂以及对原料纤维布进行烘烤;b:在模具内铺设纤维布层,在纤维布层上依次铺设脱模布和导流网,在模具周围布设缠绕管,将模具整体装入真空袋内,并在真空袋的两端分别设置抽真空管和成型树脂的导入管,将真空袋挤压成型;c :将真空袋抽真空后导入成型树脂,固化成型;d :从模具中取出成型制品,进行表面处理。
2.如权利要求1所述的复合材料汽车零部件的生产方法,其特征在于:步骤b中的导流网上设有导流管,导流管上接有三通管,三通管的一管口与抽真空管相连通,另一管口与成型树脂的导入管相连通。
3.如权利要求1所述的复合材料汽车零部件的生产方法,其特征在于:步骤a中所述的纤维布为碳纤维布、玻璃纤维布、芳纶纤维布、天然纤维布、聚乳酸纤维布中的一种或几种组成。
4.如权利要求1所述的复合材料汽车零部件的生产方法,其特征在于:步骤a中所述的配置成型树脂的原料包括原料树脂、固化剂和纤维,将三者混合后搅拌均勻,所述的原料树脂为不饱和树脂或环氧树脂,原料树脂与纤维的质量比为2 : 3〜3 : 2,不饱和树脂与固化剂质量比为100 : 1〜100 : 4 ;环氧树脂与固化剂的质量比为100 : 15〜100 : 35。
5.如权利要求4所述的复合材料汽车零部件的生产方法,其特征在于:步骤c中所述的抽真空的真空度为-0. 05〜-0. IMpa,若选用不饱和树脂作为原料树脂需常温固化2〜 IOh ;若选用环氧树脂作为原料树脂需在60〜90°C条件下固化8〜Mh。
6.如权利要求1所述的复合材料汽车零部件的生产方法,其特征在于:步骤a中所述的纤维布层的层数为2〜10层,铺设纤维布层的纤维布厚度为0. 1〜0. 5mm。
7.如权利要求1所述的复合材料汽车零部件的生产方法,其特征在于:步骤a中所述的涂设胶衣包括将固化剂和胶衣树脂混合搅拌,搅拌均勻后采用喷涂或刷涂的方式敷设在模具表面。
8.如权利要求1所述的复合材料汽车零部件的生产方法,其特征在于:步骤a包括用丙酮、乙醇等试剂将擦拭模具擦拭干净,再在模具表面打脱模蜡或脱模剂,打脱模蜡或脱模剂涂2〜4次,每次涂后干燥3〜lOmin,再进行下一次的操作。
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